CN109830946B - 双母线双功率管限流电路及芯片和电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明适用于电路技术领域，提供了一种双母线双功率管限流电路及芯片和电子设备，其中，上述双母线双功率管限流电路包括：第一功率电阻、第二功率电阻、上拉电阻、第一三极管、第二三极管、第三三极管和控制器。本发明实施例提供的双母线双功率管限流电路及芯片和电子设备，通过两个功率电阻在两个外接功率管导通时产生的压降，使第一三极管或第二三极管导通，进而使第三三极管导通，从而向控制器的反馈信号输入端输入高电平信号，使得控制器通过控制其输出的矩形波驱动信号的占空比，达到对两个外接功率管的限流保护。

Description

双母线双功率管限流电路及芯片和电子设备

技术领域

本发明属于电路技术领域，尤其涉及一种双母线双功率管限流电路及芯片和电子设备。

背景技术

在普通的双母线双功率管限流电路中，需要进行电流采样，而电流采样往往采用互感器，或者采用电阻与互感器配合使用的方法进行电流采样。互感器采样电路的成本较高、电路结构也较繁琐，并且在电阻与互感器配合使用的采样电路中还存在互感器与电阻采样的相位偏差，相位偏差会引入采样误差，从而给双母线双功率管的限流保护造成干扰，在一定程度上降低了限流保护的可靠性。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种双母线双功率管限流电路及芯片和电子设备，以解决现有技术中双母线双功率管限流保护存在的成本较高和限流保护可靠性较低的问题。

根据第一方面，本发明实施例提供了一种双母线双功率管限流电路，包括：第一功率电阻、第二功率电阻、上拉电阻、第一三极管、第二三极管、第三三极管和控制器；所述第一功率电阻的第一端与被限流的功率管连接，第二端与基准电位连接；所述第一功率电阻的第一端还与所述第一三极管的基极连接，所述第一三极管的发射极与基准电位连接；所述第二功率电阻的第一端与另一被限流的功率管连接，第二端与基准电位连接；所述第二功率电阻的第二端还与所述第二三极管的基极连接，所述第二三极管的发射极与所述另一被限流的功率管连接；所述上拉电阻的第一端与直流电源连接，第二端分别与所述第一三极管的集电极和所述第二三极管的集电极连接，所述上拉电阻的第二端还与所述第三三极管的基极连接，所述第三三极管的发射极与直流电源连接，所述第三三极管的集电极与所述控制器的反馈信号输入端连接；所述控制器的两个输出端分别输出两个矩形波驱动信号，所述两个矩形波驱动信号分别用于驱动两个被限流的功率管。

本发明实施例提供的双母线双功率管限流电路，通过两个功率电阻在两个被限流的功率管导通时产生的压降，使第一三极管或第二三极管导通，进而使第三三极管导通，从而向控制器的反馈信号输入端输入高电平信号，使得控制器通过控制其输出的矩形波驱动信号的占空比，达到对两个外接功率管的限流保护。由于使用功率电阻代替互感器实现了对功率管的导通状态检测，使得本发明实施例提供的双母线双功率管限流电路的成本显著下降，并且避免了互感器与电阻采样存在的相位偏差，从而提高了限流保护的可靠性。

结合第一方面，在第一方面第一实施方式中，所述双母线双功率管限流电路还包括第一限流电阻、第二限流电阻、第三限流电阻和第四限流电阻中的至少一个；当所述双母线双功率管限流电路包括第一限流电阻时，所述第一限流电阻的一端与所述第一功率电阻的第一端连接，所述第一限流电阻的另一端与所述第一三极管的基极连接；当所述双母线双功率管限流电路包括第二限流电阻时，所述第二限流电阻的一端与所述第二功率电阻的第二端连接，所述第二限流电阻的另一端与所述第二三极管的基极连接；当所述双母线双功率管限流电路包括第三限流电阻时，所述第三限流电阻的一端与所述上拉电阻的第二端连接，所述第三限流电阻的另一端与所述第三三极管的基极连接；当所述双母线双功率管限流电路包括第四限流电阻时，所述第四限流电阻的一端与所述第三三极管的集电极连接，所述第四限流电阻的另一端与所述控制器的反馈信号输入端连接。

本发明实施例提供的双母线双功率管限流电路，通过在第一三极管的基极上设置第一限流电阻，实现了对第一三极管的限流保护；通过在第二三极管的基极上设置第二限流电阻，实现了对第二三极管的限流保护；通过在第三三极管基极上设置第三限流电阻，实现对第三三极管的限流保护，有利于提高双母线双功率管限流电路的整体可靠性；通过在控制器的反馈信号输入端上设置第四限流电阻，实现对控制器的限流保护，有利于提高双母线双功率管限流电路的整体可靠性。

结合第一方面第一实施方式，在第一方面第二实施方式中，所述双母线双功率管限流电路还包括下拉电阻；所述下拉电阻的一端与所述控制器的反馈信号输入端连接，所述下拉电阻的另一端与基准电位连接。

本发明实施例提供的双母线双功率管限流电路，在控制器的反馈信号输入端上设置第四限流电阻后，通过进一步增设下拉电阻，在对控制器进行限流保护的基础上还对控制器进行限压保护，从而进一步提高了双母线双功率管限流电路的整体可靠性。

结合第一方面或第一方面第一或第二实施方式，在第一方面第三实施方式中，所述第一三极管和所述第二三极管均为NPN型三极管，所述第三三极管为PNP型三极管。

本发明实施例提供的双母线双功率管限流电路，通过选用NPN型的第一三极管和第二三极管，以及选用PNP型的第三三极管，能够将被限流的功率管导通时通过功率电阻产生的压降，传递至控制器，从而使得控制器通过控制其输出的矩形波驱动信号的占空比，达到对两个外接功率管的限流保护。

根据第二方面，本发明实施例提供了另一种双母线双功率管限流电路，包括：第一功率电阻、第二功率电阻、上拉电阻、第一可控稳压器、第二可控稳压器、第三三极管和控制器；所述第一功率电阻的第一端与被限流的功率管连接，第二端与基准电位连接；所述第一功率电阻的第一端还与所述第一可控稳压器的控制端连接，所述第一可控稳压器的阳极与基准电位连接；所述第二功率电阻的第一端与另一被限流的功率管连接，第二端与基准电位连接；所述第二功率电阻的第二端还与所述第二可控稳压器的控制端连接，所述第二可控稳压器的阳极与所述另一被限流的功率管连接；所述上拉电阻的第一端与直流电源连接，第二端分别与所述第一可控稳压器的阴极和所述第二可控稳压器的阴极连接，所述上拉电阻的第二端还与所述第三三极管的基极连接，所述第三三极管的发射极与直流电源连接，所述第三三极管的集电极与所述控制器的反馈信号输入端连接；所述控制器的两个输出端分别输出两个矩形波驱动信号，所述两个矩形波驱动信号分别用于驱动两个被限流的功率管。

本发明实施例提供的另一双母线双功率管限流电路，通过两个功率电阻在两个被限流的功率管导通时产生的压降，使第一可控稳压器或第二可控稳压器反向导通，进而利用第一可控稳压器或第二可控稳压器的低电压输出拉低第三三极管的基极电位，使第三三极管导通，从而向控制器的反馈信号输入端输入高电平信号，使得控制器通过控制其输出的矩形波驱动信号的占空比，达到对两个外接功率管的限流保护。由于使用功率电阻代替互感器实现了对功率管的导通状态检测，使得本发明实施例提供的双母线双功率管限流电路的成本显著下降，并且避免了互感器与电阻采样存在的相位偏差，从而提高了限流保护的可靠性。此外，第一可控稳压器和第二可控稳压器在反向击穿时能够保持稳定的电压输出，不会因环境温度影响而改变输出电压的幅值，进一步提高了整个限流保护电路的可靠性。

结合第二方面，在第一方面第一实施方式中，所述双母线双功率管限流电路还包括第一限流电阻、第二限流电阻、第三限流电阻和第四限流电阻中的至少一个；当所述双母线双功率管限流电路包括第一限流电阻时，所述第一限流电阻的一端与所述第一功率电阻的第一端连接，所述第一限流电阻的另一端与所述第一可控稳压器的控制端连接；当所述双母线双功率管限流电路包括第二限流电阻时，所述第二限流电阻的一端与所述第二功率电阻的第二端连接，所述第二限流电阻的另一端与所述第二可控稳压器的控制端连接；当所述双母线双功率管限流电路包括第三限流电阻时，所述第三限流电阻的一端与所述上拉电阻的第二端连接，所述第三限流电阻的另一端与所述第三三极管的基极连接；当所述双母线双功率管限流电路包括第四限流电阻时，所述第四限流电阻的一端与所述第三三极管的集电极连接，所述第四限流电阻的另一端与所述控制器的反馈信号输入端连接。

本发明实施例提供的另一双母线双功率管限流电路，通过在第一可控稳压器的控制端上设置第一限流电阻，实现了对第一三极管的限流保护；通过在第二可控稳压器的控制端上设置第二限流电阻，实现了对第二三极管的限流保护；通过在第三三极管基极上设置第三限流电阻，实现对第三三极管的限流保护，有利于提高双母线双功率管限流电路的整体可靠性；通过在控制器的反馈信号输入端上设置第四限流电阻，实现对控制器的限流保护，有利于提高双母线双功率管限流电路的整体可靠性。

结合第二方面，在第一方面第一实施方式中，所述第三三极管为PNP型三极管。

本发明实施例提供的另一双母线双功率管限流电路，通过选用选用PNP型的第三三极管，再配合第一可控稳压器和第二可控稳压器使用，能够将被限流的功率管导通时通过功率电阻产生的压降，传递至控制器，从而使得控制器通过控制其输出的矩形波驱动信号的占空比，达到对两个外接功率管的限流保护。

根据第三方面，本发明实施例提供了一种芯片，所述芯片包括如第一方面或第一方面任一实施方式所述的双母线双功率管限流电路，或者，所述芯片包括如第二方面所述的双母线双功率管限流电路。

根据第四方面，本发明实施例提供了一种电子设备，所述电子设备包括如第一方面或第一方面任一实施方式所述的双母线双功率管限流电路，或者，所述电子设备包括如第二方面所述的双母线双功率管限流电路。。

根据第五方面，本发明实施例提供了另一种电子设备，所述电子设备包括如第三方面所述的芯片。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的双母线双功率管限流电路的一个具体示例的电路原理图；

图2是本发明实施例提供的双母线双功率管限流电路的另一个具体示例的电路原理图；

图3是本发明实施例提供的双母线双功率管限流电路的第三个具体示例的电路原理图；

图4是本发明实施例提供的芯片的一个具体示例的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的电子设备的一个具体示例的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的电子设备的另一个具体示例的结构示意图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

本发明实施例提供了一种双母线双功率管限流电路，如图1所示，该双母线双功率管限流电路可以包括第一功率电阻R1、第二功率电阻R2、上拉电阻R3、第一三极管Q1、第二三极管Q2、第三三极管Q3和控制器U1。

具体的，第一功率电阻R1的第一端与被限流的功率管Q4连接，第一限流电阻R1的第二端与基准电位0V连接。第一功率电阻R1与被限流的功率管Q4的连接点，即第一功率电阻R1的第一端还与第一三极管Q1的基极连接，第一三极管Q1的发射极与基准电位连接。

第二功率电阻R2的第一端与另一被限流的功率管Q5连接，第二限流电阻R2的第二端与基准电位0V连接。第二功率电阻R2与另一被限流的功率管Q5的连接点，即第二功率电阻R2的第一端还与第二三极管Q2的发射极连接，第二三极管Q2的基极与基准电位0V连接。

上拉电阻R3的第一端与直流电源VCC连接，上拉电阻R3的第二端分别与第一三极管Q1的集电极和第二三极管Q2的集电极连接。上拉电阻R3的第二端还与第三三极管Q3的基极连接，第三三极管Q3的发射极与直流电源VCC连接，第三三极管Q3的集电极与控制器U1的反馈信号输入端IN连接。

当被限流的功率管Q4导通时，第一功率电阻R1上会产生压降V1，当V1电压大于第一三极管Q1的基极-发射极电压V_be时，第一三极管Q1导通，电位V3被拉低，从而使第三三极管Q3导通，电位V4得到高电压并反馈到控制器U1，从而使控制器U1的两个输出端OUT1和OUT2分别输出两个矩形波驱动信号DR1和DR2。上述两个矩形波驱动信号DR1和DR2分别用于驱动被限流的功率管Q4和Q5。

当被限流的功率管Q5导通时，第二功率电阻R2上会产生压降V2，当V2电压大于第二三极管Q2的基极-发射极电压V_be时，第二三极管Q2导通，电位V3被拉低，从而使第三三极管Q3导通，电位V4得到高电压并反馈到控制器U1，从而使控制器U1的两个输出端OUT1和OUT2分别输出两个矩形波驱动信号DR1和DR2。上述两个矩形波驱动信号DR1和DR2分别用于驱动被限流的功率管Q4和Q5。控制器U1通过输出具有不同占空比的驱动信号DR1和DR2，能够实现对功率管Q4和Q5的限流保护。

图1中选用三极管Q1和Q2作为开关器件，但三极管容易受温度影响，从而使其导通压降产生变化。为了避免温度影响，在一具体实施方式中，如图2所示，可以使用可控稳压器Z1和Z2分别替换三极管Q1和Q2。在图2中，第一可控稳压器Z1的控制端与第一功率电阻R1和被限流的功率管Q4的连接点连接，第一可控稳压器Z1的阳极与基准电位0V连接，第一可控稳压器Z1的阴极经上拉电阻R3接直流电源VCC。第二可控稳压器Z2的控制端与基准电位0V连接，第二可控稳压器Z2的阳极与第二功率电阻R2和被限流的功率管Q5的连接点连接，第二可控稳压器Z2的阴极经上拉电阻R3接直流电源VCC。在实际应用中，可以选用TL431型可控精密稳压源作为图2中的可控稳压器Z1和Z2。

本发明实施例提供的双母线双功率管限流电路，通过两个功率电阻在两个被限流的功率管导通时产生的压降，使第一三极管(或第一可控稳压器)和第二三极管(或第二可控稳压器)导通，进而使第三三极管导通，从而向控制器的反馈信号输入端输入高电平信号，使得控制器通过控制其输出的矩形波驱动信号的占空比，达到对两个外接功率管的限流保护。由于使用功率电阻代替互感器实现了对功率管的导通状态检测，使得本发明实施例提供的双母线双功率管限流电路的成本显著下降，并且避免了互感器与电阻采样存在的相位偏差，从而提高了限流保护的可靠性。

本发明实施例还提供了另一种双母线双功率管限流电路，如图3所示，该双母线双功率管限流电路包括图1所示双母线双功率管限流电路中的全部器件，为避免重复，在此不再赘述。与图1所示双母线双功率管限流电路相比，图3所示双母线双功率管限流电路还包括第一限流电阻R4。在一具体实施方式中，第一限流电阻R4的一端与第一功率电阻R1和功率管Q4的连接点连接，第一限流电阻R4的另一端与第一三极管Q1的基极连接。同理，参照图3，还可以在图1及图2中的对应位置增设第一限流电阻R4。

可选的，如图3所示，双母线双功率管限流电路还可以包括第二限流电阻R5。在一具体实施方式中，第二限流电阻R5的一端与基准电位0V连接，第二限流电阻R5的另一端与第二三极管Q2的基极连接。同理，参照图3，还可以在图1及图2中的对应位置增设第二限流电阻R5。

可选的，如图3所示，双母线双功率管限流电路还可以包括第三限流电阻R6。在一具体实施方式中，第三限流电阻R6的一端经上拉电阻R3与直流电源VCC连接，第三限流电阻R3的另一端与第三三极管Q3的基极连接。同理，参照图3，还可以在图1及图2中的对应位置增设第三限流电阻R6。

可选的，如图3所示，双母线双功率管限流电路还可以包括第四限流电阻R7。在一具体实施方式中，第四限流电阻R7的一端与第三三极管Q3的集电极连接，第四限流电阻R7的另一端与控制器U1的反馈信号输入端IN连接。同理，参照图3，还可以在图1及图2中的对应位置增设第四限流电阻R7。

可选的，如图3所示，双母线双功率管限流电路还可以包括下拉电阻R8。在一具体实施方式中，下拉电阻R8的一端与控制器U1的反馈信号输入端IN连接，下拉电阻R8的另一端与基准电位0V连接。第四限流电阻R7与下拉电阻R8配合使用，可以同时实现对控制器U1的输入限流和限压保护。

本发明实施例还提供了一种芯片，如图4所示，该芯片200包括如图1、图2或图3所示的双母线双功率管限流电路100。在芯片200中，双母线双功率管限流电路100可以用于芯片200中功率管的限流保护。

本发明实施例还提供了一种电子设备，如图5所示，该电子设备300包括如图1、图2或图3所示的双母线双功率管限流电路100。在电子设备300中，双母线双功率管限流电路100可以用于电子设备300中功率管的限流保护。

本发明实施例还提供了另一种电子设备，如图6所示，该电子设备300包括如图4所示的芯片200。由于芯片200中包含如图1、图2或图3所示的双母线双功率管限流电路100，因此，在电子设备300中，芯片200及其包含的双母线双功率管限流电路100可以用于电子设备300中功率管的限流保护。

以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种双母线双功率管限流电路，其特征在于，包括：第一功率电阻、第二功率电阻、上拉电阻、第一三极管、第二三极管、第三三极管和控制器；

所述第一功率电阻的第一端与被限流的功率管连接，第二端与基准电位连接；所述第一三极管的基极与所述第一功率电阻的第一端连接，所述第一三极管的发射极与基准电位连接；

所述第二功率电阻的第一端与另一被限流的功率管连接，第二端与基准电位连接；所述第二三极管的基极与所述第二功率电阻的第二端连接，所述第二三极管的发射极与所述另一被限流的功率管连接；

所述上拉电阻的第一端与直流电源连接，第二端分别与所述第一三极管的集电极和所述第二三极管的集电极连接；所述第三三极管的基极与所述上拉电阻的第二端连接，所述第三三极管的发射极与直流电源连接，所述第三三极管的集电极与所述控制器的反馈信号输入端连接；所述控制器的两个输出端分别输出两个矩形波驱动信号，所述两个矩形波驱动信号分别用于驱动两个被限流的功率管；

所述第一功率电阻的第一端与被限流的功率管的发射极连接，所述第二功率电阻的第一端与另一被限流的功率管的集电极连接。

2.如权利要求1所述的双母线双功率管限流电路，其特征在于，所述双母线双功率管限流电路还包括第一限流电阻、第二限流电阻、第三限流电阻和第四限流电阻中的至少一个；

当所述双母线双功率管限流电路包括第一限流电阻时，所述第一限流电阻的一端与所述第一功率电阻的第一端连接，所述第一限流电阻的另一端与所述第一三极管的基极连接；

当所述双母线双功率管限流电路包括第二限流电阻时，所述第二限流电阻的一端与所述第二功率电阻的第二端连接，所述第二限流电阻的另一端与所述第二三极管的基极连接；

当所述双母线双功率管限流电路包括第三限流电阻时，所述第三限流电阻的一端与所述上拉电阻的第二端连接，所述第三限流电阻的另一端与所述第三三极管的基极连接；

当所述双母线双功率管限流电路包括第四限流电阻时，所述第四限流电阻的一端与所述第三三极管的集电极连接，所述第四限流电阻的另一端与所述控制器的反馈信号输入端连接。

3.如权利要求2所述的双母线双功率管限流电路，其特征在于，所述双母线双功率管限流电路还包括下拉电阻；

所述下拉电阻的一端与所述控制器的反馈信号输入端连接，所述下拉电阻的另一端与基准电位连接。

4.如权利要求1至3中任一项所述的双母线双功率管限流电路，其特征在于，所述第一三极管和所述第二三极管均为NPN型三极管，所述第三三极管为PNP型三极管。

5.一种双母线双功率管限流电路，其特征在于，包括：第一功率电阻、第二功率电阻、上拉电阻、第一可控稳压器、第二可控稳压器、第三三极管和控制器；

所述第一功率电阻的第一端与被限流的功率管连接，第二端与基准电位连接；所述第一功率电阻的第一端还与所述第一可控稳压器的控制端连接，所述第一可控稳压器的阳极与基准电位连接；

所述第二功率电阻的第一端与另一被限流的功率管连接，第二端与基准电位连接；所述第二功率电阻的第二端还与所述第二可控稳压器的控制端连接，所述第二可控稳压器的阳极与所述另一被限流的功率管连接；

所述上拉电阻的第一端与直流电源连接，第二端分别与所述第一可控稳压器的阴极和所述第二可控稳压器的阴极连接，所述上拉电阻的第二端还与所述第三三极管的基极连接，所述第三三极管的发射极与直流电源连接，所述第三三极管的集电极与所述控制器的反馈信号输入端连接；所述控制器的两个输出端分别输出两个矩形波驱动信号，所述两个矩形波驱动信号分别用于驱动两个被限流的功率管；

所述第一功率电阻的第一端与被限流的功率管的发射极连接，所述第二功率电阻的第一端与另一被限流的功率管的集电极连接。

6.如权利要求5所述的双母线双功率管限流电路，其特征在于，所述双母线双功率管限流电路还包括第一限流电阻、第二限流电阻、第三限流电阻和第四限流电阻中的至少一个；

当所述双母线双功率管限流电路包括第一限流电阻时，所述第一限流电阻的一端与所述第一功率电阻的第一端连接，所述第一限流电阻的另一端与所述第一可控稳压器的控制端连接；

当所述双母线双功率管限流电路包括第二限流电阻时，所述第二限流电阻的一端与所述第二功率电阻的第二端连接，所述第二限流电阻的另一端与所述第二可控稳压器的控制端连接；

当所述双母线双功率管限流电路包括第三限流电阻时，所述第三限流电阻的一端与所述上拉电阻的第二端连接，所述第三限流电阻的另一端与所述第三三极管的基极连接；

当所述双母线双功率管限流电路包括第四限流电阻时，所述第四限流电阻的一端与所述第三三极管的集电极连接，所述第四限流电阻的另一端与所述控制器的反馈信号输入端连接。

7.如权利要求6所述的双母线双功率管限流电路，其特征在于，所述第三三极管为PNP型三极管。

8.一种芯片，其特征在于，所述芯片包括如权利要求1至4中任一项所述的双母线双功率管限流电路，或者，所述芯片包括如权利要求5至7中任一项所述的双母线双功率管限流电路。

9.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括如权利要求1至4中任一项所述的双母线双功率管限流电路，或者，所述电子设备包括如权利要求5至7中任一项所述的双母线双功率管限流电路。

10.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备包括如权利要求8中所述的芯片。

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